энергосберегающая система дежурного освещения

Формула изобретения

Энергосберегающая система дежурного освещения, содержащая n ламп, состоящих из отражателей света произвольной формы и люминесцентных источников света, питающихся от одного источника напряжения сети, отличающаяся тем, что, с целью уменьшения энергопотребления, в нее дополнительно введены фотоэлемент, логическое и коммутирующее устройства, реле времени и автоматический выключатель, а отражатель света каждой лампы покрыт слоем фосфорисцирующего фотолюминофора, причем фотоэлемент установлен возле одного из отражателей так, чтобы свет от фосфорисцирующего фотолюминофора попадал на светочувствительный слой фотоэлемента, выход фотоэлемента связан со входом логического устройства, выход которого подключен к первому входу автоматического выключателя, напряжение сети подается на все лампы через контакты коммутирующего устройства и автоматического выключателя, контакты которого нормально замкнутые, а выход автоматического выключателя подключен также ко входу реле времени, выход которого связан со вторым входом автоматического выключателя.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области электротехники и может использоваться для освещения служебных помещений с минимальным потреблением электроэнергии.

Назначение любой системы дежурного освещения служебных помещений, в частности: длинных коридоров, корпусов, цехов и т.п., заключается в экономии электроэнергии. При переходе на режим дежурного освещения, например после рабочего дня, выключаются все лампы основного освещения, а остаются подключенными к источнику электроэнергии только те лампы, которые своим неярким светом позволяют в темное время суток лишь беспрепятственно перемещаться дежурному персоналу в том или ином служебном помещении для его осмотра. Очевидно, что количество ламп дежурного освещения и их мощность должны быть намного меньше количества и мощности ламп рабочего освещения. В этом и заключается экономия потребляемой электроэнергии.

Однако в условиях все возрастающего энергопотребления при практически не увеличивающихся мощностях электростанций продолжает оставаться актуальным вопрос дальнейшей экономии электроэнергии, даже в системах дежурного освещения.

Известны аналогичные устройства, позволяющие освещать служебные помещения в дежурном режиме.

Система экономичного управления освещением в бытовых и служебных помещениях (варианты) [1] контролирует инфракрасными датчиками наличие в помещении людей: если люди в помещении есть, то освещение включено, если нет - то выключено. Недостатком данного аналога является все равно значительное потребление электроэнергии (например, когда люди все время находятся в помещении), а также возможность ложного выключения освещения (например, когда в помещении долгое время неподвижно находится один человек).

Более экономичным является «Светодиодный осветитель и способ формирования освещенности поверхности» [2], т.к. источниками света являются маломощные светодиоды. Однако известно, что для питания светодиодов необходимо постоянное напряжение порядка 12-15 вольт, один светодиод потребляет ток около 40 мA, а для освещения больших помещений (например, цехов) необходимо будет использовать тысячи светодиодов. Это означает, что, в конечном итоге, и этот аналог - не самый экономичный.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому изобретению является "блочно-модульная система освещения" [3]. В ней для экономичного освещения помещений используются люминесцентные лампы, которые потребляют значительно меньше электроэнергии по сравнению с обычными лампами накаливания и которые располагаются относительно друг друга соответствующим образом.

Целью изобретения является уменьшение энергопотребления системой дежурного освещения служебных помещений.

Поставленная цель достигается тем, что, наряду с n лампами дежурного освещения, состоящими из отражателей света произвольной формы и люминесцентных источников света, питающихся от одного источника напряжения сети, в нее дополнительно введены фотоэлемент, логическое и коммутирующее устройства, реле времени и автоматический выключатель, а отражатели света всех ламп покрыты слоем фосфорисцирующего фотолюминофора, причем фотоэлемент установлен возле одного из отражателей так, чтобы свет от фосфорисцирующего фотолюминофора попадал на светочувствительный слой фотоэлемента, выход фотоэлемента связан со входом логического устройства, выход которого подключен к первому входу автоматического выключателя, напряжение сети подается на все лампы через контакты коммутирующего устройства и автоматического выключателя, контакты которого нормально замкнутые, а выход автоматического выключателя подключен также ко входу реле времени, выход которого связан со вторым входом автоматического выключателя.

Принцип действия энергосберегающей системы дежурного освещения поясняется чертежом, на котором представлена ее электрическая функциональная схема.

Система содержит n ламп дежурного освещения 1 ₁ 1₂, , 1_n. Каждая лампа состоит из отражателей света произвольной формы 2₁, 2₂, , 2_n и маломощных источников света 3₁ , 3₂, , 3_n (люминесцентных ламп). В свою очередь каждый отражатель света покрыт слоем фосфорисцирующего фотолюминофора 4₁, 4₂, , 4_n, выполняющего светонакопительную функцию с большим временем послесвечения (на чертеже этот слой показан жирной линией на отражателе только последней лампы 1_n ). Возле отражателя последней лампы установлен фотоэлемент (ФЭ) 5 так, чтобы свет от фосфорисцирующего фотолюминофора этой лампы попадал на его светочувствительный вход. Все лампы дежурного освещения параллельно питаются по отдельной линии (отличной от линии питания рабочего освещения) от одного источника напряжения сети ~ u_c, которое подается на вход 6. Данное напряжение подается на лампы через соответствующие контакты коммутирующего устройства (КУ) 7 и автоматического выключателя (АВ) 8. Выход фотоэлемента связан со входом логического устройства (ЛУ) 9, которое подает команды на замыкание контакта АВ 8. Выход автоматического выключателя связан со входом реле времени (РВ) 10, которое подает команды на размыкание контакта АВ 8 через заранее установленное время t_РВ.

Система работает следующим образом.

В соответствующий момент времени дежурный персонал выключает рабочее освещение в служебном помещении, например в длинном коридоре большого корпуса, и включает (автоматически или вручную) дежурное освещение (ДО), т.е. переводит контакт коммутирующего устройства 7 в левое положение. При этом напряжение сети ~ u_c, со входа 6 через этот контакт и через нормально замкнутый контакт автоматического выключателя 8 подается одновременно на источники света всех n ламп дежурного освещения. Лампы начинают светиться, тем самым освещая неярким светом помещение. Одновременно фосфорисцирующее фотолюминофорное покрытие всех ламп начинает накапливать свет и одновременно с этим включается реле времени 10.

Обозначим время накопления света фотолюминофором (время "зарядки") через t_нак. Когда фотолюминофор полностью накопит свет, т.е. через время t_нак, срабатывает реле времени 10, которое подает команду на размыкание контакта АВ 8. Естественно, что время срабатывания (задержки) реле времени должно быть хоть немного больше времени "зарядки" слоя фотолюминофора, т.е. t_РВ>t_нак.

Время полного накопления света зависит от интенсивности (мощности) источника света и от химического состава (а сейчас известны уже десятки, если не сотни разных составов) фотолюминофоров и колеблется от нескольких минут на солнце до нескольких десятков минут (примерно 30 минут) при искусственном освещении. Вот из этого и исходят при выборе времени срабатывания реле времени 10.

После срабатывание РВ контакт АВ размыкается, источники света обесточиваются и перестают светиться. С этого момента начинается освещение служебного помещения светом от фосфорисцирующих фотолюминофоров всех ламп дежурного освещения. Ясно, что освещенность в данном случае будет меньше, чем от источников света ламп, но оно будет и будет обеспечивать беспрепятственное перемещение дежурного персонала в этом помещении.

Время послесвечения фосфорисцирующих фотолюминофоров достигает примерно 8-10 часов (в отдельных источниках указывается время послесвечения даже до 12 часов).

Свет от фотолюминофоров освещает служебное помещение, а свет от фотолюминофора последней лампы падает еще и на светочувствительный вход фотоэлемента 5. Интенсивность света от фотолюминофоров со временем по экспоненте уменьшается (фотолюминофор "разряжается").

При уменьшении интенсивности света на входе ФЭ изменяются его электрические параметры, например увеличивается электрическое сопротивление R. Фотоэлемент связан с логическим устройством 9 так, что при достижении R какого-то определенного значения (порога) ЛУ срабатывает и выдает команду на замыкание контакта АВ 8. При этом напряжение сети ~ u_c вновь начинает подаваться на источники света всех ламп дежурного освещения, они начинают освещать помещение, включается реле времени 10, а фотолюминофоры начинают накапливать свет ("заряжаться").

Через время t _РВ, т.е. после полного накопления света всеми фосфорисцирующими фотолюминофорами, реле времени опять разомкнет контакт АВ 8. Источники света ламп потухнут, а помещение начнет освещаться опять же светом фотолюминофоров. Далее, аналогично, через какое-то время "разряда" интенсивность света фотолюминофоров снизится до порогового значения, при котором изменится значение сопротивления ФЭ и сработает ЛУ. В результате замкнется контакт АВ и все повторится сначала.

Таким образом, источники света ламп дежурного освещения не все время остаются подключенными к напряжению сети, а подключаются к нему лишь периодически, т.е. имеет место явное уменьшение энергопотребления лампами дежурного освещения.

Нетрудно грубо оценить это уменьшение.

Пусть в будние дни зимнего месяца дежурное освещение включается с 19 до 7 часов, т.е. на 12 часов в сутки, а в остальные дни - на все 24 часа в сутки. Тогда среднее время работы дежурного освещения в один зимний месяц составит (из расчета в месяце 30 суток)

Пусть в будние дни летнего месяца дежурное освещение включается с 22 до 5 часов, т.е. на 7 часов в сутки. Аналогично среднее время работы дежурного освещения в один летний месяц составит

Тогда в течение года среднее время работы дежурного освещения в сутки составит

Теперь, пусть максимальное время "заряда" фотолюминофора равно 0,5 часа, минимальное время послесвечения равно 8 часам, а фотоэлемент и логическое устройство пусть сработают примерно через 4 часа после начала освещения помещения светом фосфорисцирующих фотолюминофоров.

В этом случае, чтобы энергосберегающее дежурное освещение работало те же 13 часов, фотолюминофор должен "подзаряжаться" три раза. Это означает, что все источники света будут питаться от напряжения сети в среднем 1,5 часа, т.е.

Отсюда следует, что энергопотребление предлагаемой системой дежурного освещения будет в К раз меньше энергопотребления традиционными системами дежурного освещения

Значение коэффициента К зависит от многих факторов, в частности: от параметров выбранного фотоэлемента, от химического состава фотолюминофора и от продолжительности работы системы дежурного освещения. Очевидно, что проведенная выше оценка энергопотребления является сильно заниженной и реально выигрыш от внедрения предлагаемой системы может быть больше.

Следует также заметить то, что спектральная чувствительность фотоэлемента должна быть согласована со спектром излучения фосфорисцирующего фотолюминофора для уменьшения времени его "заряда", а фотолюминофоры выпускаются в виде порошков, красок и лаков, легко наносятся на многие поверхности и имеют относительно невысокую стоимость.

Все вышесказанное означает, что предложенная система дежурного освещения существенно сберегает электроэнергию, а значит, очень эффективна, проста в реализации и не требует больших материальных затрат для ее внедрения, тем более что они смогут окупиться в очень короткий срок.

Источники информации

1. Система экономичного управления освещением в бытовых и служебных помещениях (варианты). Патент РФ на изобретение № 98102551, 1999.

2. Светодиодный осветитель и способ формирования освещенности поверхности. Патент РФ на изобретение № 2285860, 2006.

3. Блочно-модульная система освещения. Патент РФ на полезную модель № 43334, 2005.